美國紐約市立大學研究生中心高級科學研究中心(CUNY ASRC)和西北大學的研究人員已經制造出一種4-D打印機，能夠構建圖案表面，重現細胞表面的復雜性。在《自然通訊》最新發表的一篇論文中詳細介紹了這項技術，它使科學家能夠將有機化學、表面科學和納米光刻術結合起來，構建出精確設計的納米修飾表面，這些表面上裝飾著精致的有機或生物分子。這些表面將有廣泛的用途，包括藥物研究，生物傳感器的發展，和先進的光學。重要的是，這項技術可以用不同的材料創建表面，這些材料可以在表面上形成圖案，而不需要使用昂貴的掩模或繁瑣的潔凈室工藝。

“經常有人問我是否用過這種儀器打印出了某種特定的化學物質，或者準備了某種特定的系統，”該研究的首席研究員亞當·布勞恩施威格(Adam Braunschweig)說。布勞恩施威格是紐約城市大學(CUNY) ASRC納米科學計劃(ASRC Nanoscience Initiative)、研究生中心(Graduate Center)和亨特學院(Hunter College)化學系的教員。“我的回答是，我們創造了一種新的工具，可以在表面上進行有機化學反應，它的使用和應用僅僅受到用戶想象力和他們對有機化學知識的限制。”

這種被稱為聚合物刷超表面光刻術的印刷方法，結合了微流體學、有機光化學和先進的納米光刻術，創造了一種無掩模打印機，能夠制備精細的有機和生物物質的多路復用陣列。該新系統克服了其他生物材料打印技術的許多限制，允許研究人員在每個體素上創建具有精確結構物質和定制化學成分的4-D對象，作者將這種能力稱為“超表面光刻”。

“研究人員一直致力于使用平版印刷技術來用生物分子來塑造表面，但到目前為止，我們還沒有開發出一個足夠復雜的系統來構建像細胞表面這樣復雜的東西，”布勞恩斯威格實驗室的研究生中心、城市大學博士生丹尼爾·瓦勒斯(Daniel Valles)說。“我們設想用這個系統來組裝合成細胞，使研究人員能夠復制和理解活細胞上發生的相互作用，這將導致藥物和其他生物技術的快速發展。”

作為概念驗證，研究人員使用精確劑量的光打印聚合物刷模式，以控制每個像素的聚合物高度。正如自由女神的圖像所示，微流體和光源之間的協調控制著每個像素處的化學成分。

“聚合物化學提供了一套如此強大的工具，在整個上個世紀，聚合物化學的創新一直是技術的主要驅動力，”論文的合著者Nathan Gianneschi說，他是西北大學雅各布&羅莎琳科恩化學、材料科學與工程和生物醫學工程的教授。“這項工作將這種創新擴展到界面上，在這種界面上，任意結構都可以用一種高度受控的方式來制造，而且這種方式允許我們描述我們所制造的東西，并將其推廣到其他聚合物上。”

“這篇論文是一個環力演示與大規模并行光刻工具能做些什么,”查德墨金說,喬治·b·Rathmann化學教授,西北大學國際納米技術研究所主任Weinberg藝術與科學學院,不是研究的合著者。“聯合作者已經創造了一套強大的能力，應該在化學、材料科學和生物領域得到廣泛利用。”

研究人員計劃繼續開發這種新型的打印平臺，以提高系統速度，降低像素尺寸，并開發新的化學物質，以增加可以形成圖案的材料范圍。目前，他們正在利用這個平臺創建的模式來理解生物系統中指示識別的微妙交互作用。